[发明专利]一种全固态金属原子和离子层探测的激光雷达

说明书

本发明提出一种全固态金属原子和离子层探测的激光雷达，包括全固态激光发射系统、信号接收系统和数据采集反演控制系统；所述全固态激光发射系统，由大功率脉冲激光泵浦半导体种子注入的光参量振荡激光放大器，并经过倍频器后，产生并发射能够探测高空金属原子和离子的激光；所述信号接收系统，接收所述探测金属原子和离子的回波信号，将所述回波信号输入至数据采集反演控制系统；所述数据采集反演控制系统，控制全固态激光发射系统发射的激光波长，对接收到的回波信号数据进行实时筛选和反演，并将得到的探测数据进行存储。本发明相比于现有的激光雷达中使用的染料激光器，采用固体激光器的技术，抗干扰能力强，性能稳定，适合于野外观测的恶劣条件。

技术领域

本发明涉及激光、激光雷达领域，特别涉及一种全固态金属原子和离子层探测的激光雷达。

背景技术

距离地面80-110km公里的高度区域通常被称为中间层顶区域，该区域是地外物质(宇宙尘埃和流星)注入和烧蚀的区域，由于流星消融形成的金属层中金属原子/离子是该区域动力学、光化学耦合过程极好的示踪物，所以探测该区域中的各种金属成分(钠、铁、钙、钾、镍等)，重点研究它们的结构的变化，不仅可以揭示地外物质与中高层大气相互作用中存在动力学、光化学等关键科学问题，还可以探索地球大气在地外高速微流星流轰击下的行为以及微流星所带来的行星际星尘特征。对金属元素的原子和离子探测，是当今中高层大气研究的迫切需求。

国内外利用激光雷达进行金属原子和离子探测的设备，除钠层之外的其他金属层探测，例如钾、铁、镍、钙、钙离子等等，激光发射系统绝大部分采用YAG固体激光器泵浦染料激光器产生发射激光，剩余部分采用准分子激光器泵浦染料激光器产生发射激光。在这些激光雷达探测系统中，都使用了染料激光器。染料激光器系统具有寿命短，需要频繁更换染料、功耗大，需经常调节光路，人工干预量过大，难以实现高度自动化和在恶劣气候环境条件下工作等缺点。

发明内容

本发明的目的是解决现有的金属原子和离子激光雷达探测中由于使用染料激光器，而导致的频繁更换染料，系统能量不稳定的问题；

为实现上述目的，本发明提出一种全固态金属原子和离子层探测的激光雷达，所述全固态金属原子和离子层探测的激光雷达包括：全固态激光发射系统、信号接收系统和数据采集反演控制系统；

所述全固态激光发射系统，用于由大功率脉冲激光泵浦半导体种子注入的光参量振荡激光放大器，产生并发射能够探测高空金属原子和离子的激光；

所述信号接收系统，用于接收所述探测金属原子和离子的激光的回波信号，将所属回波信号输入至数据采集反演控制系统；

所述数据采集反演控制系统，用于控制全固态激光发射系统发射的激光波长，对接收到的回波信号数据进行实时筛选和反演，并将得到的探测数据进行存储。

作为所述装置的一种改进，所述全固态激光发射系统包括依次连接的种子光纤激光器、脉冲固态YAG激光器、光参量振荡激光放大器、半导体种子激光器、激光倍频器、激光扩束镜和自动准直调节装置；

所述种子光纤激光器将种子激光注入到脉冲固态YAG激光器中；

所述脉冲固态YAG激光器产生经过倍频的单纵模大功率脉冲激光，发送至光参量振荡激光放大器的第一输入端；

所述半导体种子激光器将金属原子或离子层探测激光的基频种子注入到光参量振荡激光放大器的第二输入端；

所述光参量振荡激光放大器的第一输入端接收的单纵模的大功率脉冲激光泵浦与第二输入端接收的基频种子注入的共同作用下，产生能够探测高空金属原子或离子的基频激光，输出至激光倍频器；

所述激光倍频器通过调节温控及角度增大激光能量，将基频激光倍频为金属原子或离子的共振波长，并将激光导入至激光扩束镜；

所述激光扩束镜调节激光发散角，将激光发射至自动准直调节装置；